Cristal armónico (basado en el texto de Ashcroft)

Hasta ahora propusimos modelos con sitios de red fijos (inmóviles), aunque sabemos que la masa de los iones no es infinita, sino que están ligados a sus posiciones de equilibrio por fuerzas intensas. Si bien esa descripción nos permite dar cuenta de muchos fenómenos dominados por los electrones de conducción o por el tipo de enlaces entre iones, las limitaciones del modelo de cristal estático se ponen especialmente en evidencia al describir las propiedades termodinámicas de los aislantes, resultando obvio que deben considerarse otros grados de libertad en los sólidos.

No solo notamos en nuestros desarrollos que faltó considerar contribuciones a los calores específicos de los metales, sino que tampoco hay forma de desarrollar modelos para la expansión térmica de los sólidos. Las descripciones que incorporan colisiones prevén que los tiempos de relajación deben depender de la temperatura, ya que en muchos casos las dispersiones de los electrones se originan en las vibraciones colectivas de los núcleos de la red. Las fallas de la ley de Wiedemann-Franz en las predicciones a temperaturas intermedias pueden explicarse solo a partir de interacciones debidas a las oscilaciones de los núcleos, lo mismo que la conductividad térmica de los aislantes o la transmisión del sonido en un sólido. También la reflectividad de algunos cristales resulta incompleta sin incorporar los modos normales de vibración, lo mismo que la dispersión inelástica de la luz (que da origen a la espectroscopía Raman). Además hay evidencias de estos movimientos colectivos en resultados de difracción de rayos x donde los picos se desplazan y modifican su intensidad, y también en experimentos de dispersión de neutrones.

Por todas estas razones, las vibraciones de una red cristalina han sido motivo continuo de estudio, y actualmente resultan imprescindibles para técnicas experimentales y desarrollos teóricos en diferentes áreas.



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Gustavo Castellano    21/06/2023